合成反铁磁体、磁隧道结器件和存储装置制造方法及图纸

提供了合成反铁磁体、磁隧道结器件和存储装置。该合成反铁磁体包括：具有第一表面的第一铁磁性层；第二铁磁性层，具有面对第一铁磁性层的第一表面的第二表面；以及设置在第一铁磁性层和第二铁磁性层之间的第一非磁性层，其中第一铁磁性层具有倾斜的垂直磁各向异性(PMA)，其中第一铁磁性层的磁化方向从垂直于第一表面和第二表面的第一方向倾斜，第一铁磁性层的磁化方向在第一方向上的分量和第二铁磁性层的磁化方向在第一方向上的分量彼此相反。反。反。

【技术实现步骤摘要】
合成反铁磁体、磁隧道结器件和存储装置


[0001]一些示例实施方式涉及合成反铁磁体、包括合成反铁磁体的磁隧道结器件和/或包括磁隧道结器件的存储装置。

技术介绍

[0002]磁存储装置(诸如磁性随机存取存储器(MRAM))通过利用磁隧道结器件的电阻变化来存储数据。磁隧道结器件的电阻随着自由层的磁化方向而变化。例如，当自由层的磁化方向与被钉扎层的磁化方向相同或平行时，磁隧道结器件可以具有低电阻，当所述磁化方向彼此相反或反平行时，磁隧道结器件可以具有高电阻。例如，当在存储装置中利用这种特性时，具有低电阻的磁隧道结器件可以对应于数据“0”，具有高电阻的磁隧道结器件可以对应于数据“1”。
[0003]这样的磁存储装置具有诸如非易失性、高速运行和/或高耐久性的优点。例如，目前大量生产的自旋转移矩磁性RAM(STT
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MRAM)可以具有约50纳秒至100纳秒的操作速度，还可以具有大于或等于10年的优良的数据保持能力。替代地或另外地，自旋轨道矩(SOT)
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MRAM可以具有小于或等于10纳秒的非常快的操作速度，这比STT
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MRAM更快，因为自旋极化方向垂直于磁化方向。此外，由于写电流的路径和读电流的路径彼此不同，所以SOT
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MRAM可以具有更稳定的耐久性。然而，SOT
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MRAM需要或使用外部磁场来进行选择性磁切换。

技术实现思路

[0004]提供了即使没有向其施加外部磁场也能够进行选择性磁切换的合成反铁磁体、包括合成反铁磁体的磁隧道结器件和/或包括磁隧道结器件的存储装置。
[0005]另外的方面将部分地在以下描述中阐述，部分地将从该描述变得明显，或者可以通过各种示例实施方式的实践而获知。
[0006]根据一些示例实施方式，一种合成反铁磁体包括：具有第一表面的第一铁磁性层；第二铁磁性层，具有面对第一铁磁性层的第一表面的第二表面；以及设置在第一铁磁性层和第二铁磁性层之间的第一非磁性层。第一铁磁性层具有倾斜的垂直磁各向异性(PMA)，其中第一铁磁性层的磁化方向从垂直于第一表面和第二表面的第一方向倾斜。第一铁磁性层的磁化方向在第一方向上的分量和第二铁磁性层的磁化方向在第一方向上的分量彼此相反。
[0007]第一铁磁性层的磁化方向可以配置为根据施加到第一铁磁性层的电流的方向而改变。
[0008]第二铁磁性层的磁化方向可以配置为根据第一铁磁性层的磁化方向而改变。
[0009]第二铁磁性层可以具有倾斜的PMA，其中第二铁磁性层的磁化方向从垂直于第一表面和第二表面的第一方向倾斜。
[0010]第一铁磁性层的磁化方向和第二铁磁性层的磁化方向可以彼此反平行。
[0011]当平行于第一表面和第二表面的方向被定义为第二方向时，第一铁磁性层的磁化
方向在第二方向上的第一分量和第二铁磁性层的磁化方向在第二方向上的第二分量可以彼此相反。
[0012]第一铁磁性层的磁各向异性相对于第一方向的倾斜角可以为约1度至约30度。
[0013]第一非磁性层可以包括与第一铁磁性层和第二铁磁性层具有Dzyaloshinskii
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Moriya相互作用的导电金属。
[0014]在第一非磁性层和第一铁磁性层之间的界面上的Dzyaloshinskii
‑
Moriya相互作用的第一强度可以不同于在第一非磁性层和第二铁磁性层之间的界面上的Dzyaloshinskii
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Moriya相互作用的第二强度。
[0015]第一非磁性层可以包括钌(Ru)、铝(Al)、钽(Ta)、铂(Pt)、钨(W)、钯(Pd)、锆(Zr)、铜(Cu)或包含它们的合金中的至少一种。
[0016]第一非磁性层的厚度可以在约0.1nm至约10nm的范围内。
[0017]第一铁磁性层和第二铁磁性层中的每个可以包括铁磁性金属和非磁性金属的合金。
[0018]铁磁性金属可以包括铁(Fe)、钴(Co)或镍(Ni)中的至少一种，非磁性金属可以包括硼(B)、硅(Si)、锆(Zr)、铂(Pt)、钯(Pd)、铜(Cu)或钨(W)中的至少一种。
[0019]在第一铁磁性层和第二铁磁性层的每个中的铁磁性金属的比率可以在约20at％至约100at％的范围内。
[0020]第一铁磁性层的第一厚度和第二铁磁性层的第二厚度可以相同或不同，并可以在约1nm至约10nm的范围内。
[0021]第二铁磁性层的第一厚度可以大于第一铁磁性层的第二厚度。
[0022]合成反铁磁体还可以包括设置在第一铁磁性层的与第一表面相对的第三表面上的第二非磁性层，第二非磁性层可以包括与第一铁磁性层具有Dzyaloshinskii
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Moriya相互作用的过渡金属。
[0023]第二非磁性层可以包括铂(Pt)、钨(W)、钽(Ta)或包含它们的合金中的至少一种。
[0024]根据一些示例实施方式，一种磁隧道结器件包括：具有被固定的磁化方向的被钉扎层；具有可变磁化方向的合成反铁磁体；以及设置在被钉扎层和合成反铁磁体之间的氧化物层。合成反铁磁体包括：具有第一表面的第一铁磁性层；第二铁磁性层，具有面对第一铁磁性层的第一表面的第二表面；以及设置在第一铁磁性层和第二铁磁性层之间的第一非磁性层。第一铁磁性层具有倾斜的垂直磁各向异性(PMA)，其中第一铁磁性层的磁化方向从垂直于第一表面和第二表面的第一方向倾斜，第一铁磁性层的磁化方向在第一方向上的第一分量和第二铁磁性层的磁化方向在第一方向上的第二分量彼此相反。合成反铁磁体设置为使得第二铁磁性层与氧化物层相邻。第一铁磁性层具有比第二铁磁性层的电导率高的电导率。
[0025]根据一些示例实施方式，一种存储装置包括多个存储单元，每个存储单元包括多个磁隧道结器件和连接到所述多个磁隧道结器件中的相应一个的开关器件。所述多个磁隧道结器件中的至少一个包括：具有被固定的磁化方向的被钉扎层；具有可变磁化方向的合成反铁磁体；以及在被钉扎层和合成反铁磁体之间的氧化物层。合成反铁磁体包括：具有第一表面的第一铁磁性层；第二铁磁性层，具有面对第一铁磁性层的第一表面的第二表面；以及设置在第一铁磁性层和第二铁磁性层之间的第一非磁性层。第一铁磁性层具有倾斜的垂
直磁各向异性(PMA)，其中第一铁磁性层的磁化方向从垂直于第一表面和第二表面的第一方向倾斜，第一铁磁性层的磁化方向在第一方向上的第一分量和第二铁磁性层的磁化方向在第一方向上的第二分量彼此相反。合成反铁磁体被布置为使得第二铁磁性层与氧化物层相邻。第一铁磁性层具有比第二铁磁性层的电导率高的电导率。
[0026]根据一些示例实施方式，一种合成反铁磁体可以包括：具有第一表面的第一铁磁性层；和第二铁磁性层，具有面对第一铁磁性层的第一表面的第二表面。第一铁磁性层具有倾斜的垂直磁各向异性(PMA)，其中第一铁磁性层的磁化方向从垂直于第一表面和第二表面的第一方向倾斜，第一铁磁性层的磁化方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种合成反铁磁体，包括：具有第一表面的第一铁磁性层；第二铁磁性层，具有面对所述第一铁磁性层的所述第一表面的第二表面；以及第一非磁性层，在所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层之间，其中所述第一铁磁性层具有倾斜的垂直磁各向异性，其中所述第一铁磁性层的磁化方向从垂直于所述第一表面和所述第二表面的第一方向倾斜，所述第一铁磁性层的所述磁化方向在所述第一方向上的第一分量和所述第二铁磁性层的磁化方向在所述第一方向上的第二分量彼此相反。2.根据权利要求1所述的合成反铁磁体，其中所述第一铁磁性层的所述磁化方向配置为根据施加到所述第一铁磁性层的电流的方向而改变，以及所述第二铁磁性层的所述磁化方向配置为根据所述第一铁磁性层的所述磁化方向而改变。3.根据权利要求1所述的合成反铁磁体，其中所述第二铁磁性层具有倾斜的垂直磁各向异性，其中所述第二铁磁性层的所述磁化方向从所述第一方向倾斜。4.根据权利要求3所述的合成反铁磁体，其中所述第一铁磁性层的所述磁化方向和所述第二铁磁性层的所述磁化方向彼此反平行。5.根据权利要求3所述的合成反铁磁体，其中，平行于所述第一表面和所述第二表面的方向被定义为第二方向，所述第一铁磁性层的所述磁化方向在所述第二方向上的第三分量和所述第二铁磁性层的所述磁化方向在所述第二方向上的第四分量彼此相反。6.根据权利要求1所述的合成反铁磁体，其中所述第一铁磁性层的磁各向异性相对于所述第一方向的倾斜角为1度至30度。7.根据权利要求1所述的合成反铁磁体，其中所述第一非磁性层包括与所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层具有Dzyaloshinskii
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Moriya相互作用的导电金属。8.根据权利要求7所述的合成反铁磁体，其中在所述第一非磁性层和所述第一铁磁性层之间的界面上的所述Dzyaloshinskii
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Moriya相互作用的强度不同于在所述第一非磁性层和所述第二铁磁性层之间的界面上的所述Dzyaloshinskii
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Moriya相互作用的强度。9.根据权利要求7所述的合成反铁磁体，其中所述第一非磁性层包括钌(Ru)、铝(Al)、钽(Ta)、铂(Pt)、钨(W)、钯(Pd)、锆(Zr)、铜(Cu)或包含它们的合金中的至少一种。10.根据权利要求1所述的合成反铁磁体，其中所述第一非磁性层的厚度在0.1nm至10nm的范围内。11.根据权利要求1所述的合成反铁磁体，其中所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层中的每个包括铁磁性金属和非磁性金属的合金。12.根据权利要求11所述的合成反铁磁体，其中所述铁磁性金属包括铁(Fe)、钴(Co)或镍(Ni)中的至少一种，所述非磁性金属包括硼(B)、硅(Si)、锆(Zr)、铂(Pt)、钯(Pd)、铜(Cu)或钨(W)中的至少一种。13.根据权利要求11所述的合成反铁磁体，其中在所述第一铁磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳淀春，李昇宰，长谷直基，金洸奭，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：